收稿日期:2012-08-04基金项目:国家“十一五”科技支撑项目(2008BA155B04-2-1)作者简介:刘聪(1986—),男,博士生,E-mail:ecco@bit.edu.cn.通信作者:戴荣继(1965—),男,教授,博士生导师,E-mail:dairongji@bit.edu.cn.第34卷 第1期2014年1月北京理工大学学报Transactions of Beijing Institute of TechnologyVol.34 No.1Jan.2014阿奇霉素相关物的制备刘聪, 付艳杰, 聂乙娇, 姚国伟, 孙立权, 戴荣继(北京理工大学生命学院,北京 100081)摘 要:为解决国内缺少阿奇霉素杂质对照品的现状,加强阿奇霉素的质量控制,通过化学合成或半制备液相色谱分离的方法制备了红霉素A 6,9-亚胺醚,红霉素A 9,11-亚胺醚,3-去克拉定糖阿奇霉素,3′-N-去甲基阿奇霉素,3′-N-去甲基-3′-N-对-乙酰胺基苯磺酰基阿奇霉素和阿奇霉素B 6种杂质的纯品.经过核磁共振、质谱等手段确认各化合物结构正确;并从生产工艺出发详细分析了各杂质的来源和可行的控制方法.关键词:阿奇霉素;相关物;质量控制;阿奇霉素B;3-去克拉定糖阿奇霉素;3′-N-去甲基阿奇霉素中图分类号:R 978.15 文献标志码:A 文章编号:1001-0645(2014)01-0106-05Preparation of Azithromycin Related SubstancesLIU Cong, FU Yan-jie, NIE Yi-jiao, YAO Guo-wei, SUN Li-quan, DAI Rong-ji(School of Life Science,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China)Abstract:Six compounds were made by chemical synthesis or semi-preparative HPLC separationfor azithromycin to promote quality and impurity control.They are erythromycin A 6,9-iminoether,erythromycin A 9,11-imino ether,3′-N-demethyl azithromycin,3′-N-[[4-(acetylamino)phenyl]sulphonyl]-3′-N-demethyl azithromycin,3-decladinosylazithromycin and 12-dedeoxyazithromycin(azithromycin B),which were obtained through chemical synthesis or semi-preparative HPLC separation.Their structures are identified by MS,1 H NMR and 13C NMR.The source and control methods of these impurities are also presented to improve azithromycinproduction process.Key words:azithromycin;related substance;quality control;azithromycin B;3-decladinosylazithromycin;3′-N-demethylazithromycin 阿奇霉素(azithromycin)是以红霉素为原料衍生而得的第二代大环内酯类抗生素,独特的十五元环结构使其具有半衰期长、组织分布好、生物利用度高等特点[1-3].由于对肺炎、性病有特效,阿奇霉素已逐渐成为临床首选药物.近20年的研究、开发、生产和临床应用证明,在第二代红霉素药物中,阿奇霉素具有最大的发展趋势.我国阿奇霉素生产规模为世界第一,年产量2 000t左右.阿奇霉素的合成一般经历4步反应(如图1所示)[4-8]:①肟化:以红霉素A(1)或者硫氰酸红霉素A为原料在盐酸羟胺作用下生成红霉素A 9-(E)肟(2);②重排:在对-甲苯磺酰氯等重排试剂作用下经过贝克曼重排得到15元氮杂内酯环,生成两种亚胺醚(3,4);③还原:两种重排物以硼氢化物或者贵金属为催化剂氢化还原生成氮红霉素(5);④甲基化:氮红霉素经过经典的Eschweiler-Clark甲基化反应得到阿奇霉素(7).在第3步还原反应中,如果采用硼氢化物还原工艺,产物是氮红霉素11,12-硼酸酯(6),需要再进行一步酸性去硼反应,如采用贵金属催化还原则不需要,目前国内阿奇霉素生产工艺多为前者.生产工艺的差别直接影响到杂质的种类和含量,国产阿奇霉素的主要杂质有以下6种:红霉素A6,9-亚胺醚(3)及红霉素A 9,11-亚胺醚(4)(以下合称为红霉素A偕亚胺醚),3-去克拉定糖阿奇霉素a为NH2OH·HCl;b为p-TsCl;c为NaBH4/KBH4;d为PtO2,H2;e为H+;f为HCHO,HCOOH图1 阿奇霉素的合成路线Fig.1 Synthetic procedure of azithromycin(8)及3′-N-去甲基阿奇霉素(9)(以下合称为杂质I+J),3′-N-去甲基-3′-N-对-乙酰胺基苯磺酰基阿奇霉素(10)(杂质H)及阿奇霉素B(11)(杂质B),如图2~图4所示.图2 合成红霉素A偕亚胺醚的反应式Fig.2 Synthetic procedure of erythromycin A imino ether图3 合成阿奇霉素杂质I+J的反应式Fig.3 Synthetic procedure of azithromycin impurity I+J701第1期刘聪等:阿奇霉素相关物的制备图4 合成阿奇霉素杂质H的反应式Fig.4 Synthetic procedure of azithromycin impurity H 这些杂质被收录于各国药典[8-11].其中3-去克拉定糖阿奇霉素和阿奇霉素B在国产注射用阿奇霉素抽样检测中被认定为所有药厂中均含有的杂质[12].这些化合物是由生产过程中的副反应产生的,制备方法鲜有文献报道[13-14].文中通过化学合成或色谱分离的方法制备了6种阿奇霉素相关物的纯品,6种相关物除阿奇霉素B以外均可以进行大量合成.此外,文中详细剖析了各杂质可能的工艺来源及其在工业生产中可行的控制方法,为我国阿奇霉素的质量控制提供了重要的技术依据.1 仪器与试剂仪器:ARX400型核磁共振仪(瑞士Bruker公司),Shimadzu-10A高效液相色谱仪(日本岛津公司),Agela半制备液相色谱仪(天津博纳艾杰尔公司),SSD-MGⅡ色谱柱(4.6mmI.D.×250mm)和SSD-MGⅡ半制备柱(20mmI.D.×250mm)(日本资生堂公司),ZAB-HS质谱仪(英国VG公司).试剂:红霉素A 9-(E)肟(自制,97%)、阿奇霉素(浙江国邦药厂)、甲醇、乙醇、丙酮、硝基甲烷、二氯甲烷、NaOAc、碘、浓盐酸、氨水(北京化工厂,分析纯),对-乙酰胺基苯磺酰氯(百灵威公司,分析纯),乙腈(美国ThermoFisher公司,色谱纯),娃哈哈纯净水.2 实验部分2.1 红霉素A 6,9-亚胺醚的合成及纯化100g红霉素A 9-(E)肟搅拌下溶解于230mL丙酮,加入NaHCO3溶液(27g溶于400mL水中),冰水浴冷却.缓慢滴加p-TsCl的丙酮溶液(30g溶于70mL丙酮).滴加结束0.5h后,室温反应2h.加水140mL,溶液变清后过滤.加NaOH(4N)60mL,产品析出,冰水浴冷却2h后过滤.粗产品在丙酮-水体系中重结晶3次以上至HPLC纯度大于95%,得到红霉素A 6,9-亚胺醚纯品78.6g,总得率80.5%.2.2 红霉素A 9,11-亚胺醚的合成及纯化取50g红霉素A 6,9-亚胺醚(纯度约90%),在300mL硝基甲烷中加热溶解后,放置使其缓慢冷却.过滤析出的晶体,即为红霉素A 9,11-亚胺醚.粗品在丙酮-水体系中重结晶3次以上至HPLC纯度大于95%,得12.1g红霉素A 9,11-亚胺醚纯品,总得率12.1%.2.3 3-去克拉定糖阿奇霉素的合成及纯化室温20℃下,将10.0g阿奇霉素悬浮于50mL水中,搅拌下滴加入1.0mL 36%盐酸,阿奇霉素逐渐溶解.缓慢滴加3.6%稀盐酸,调节pH到2.0左右,TLC跟踪反应,约4h后反应完毕.用甲基叔丁基醚萃取水相2~3次除去克拉定糖,水相用氨水中和析出3-去克拉定糖阿奇霉素,过滤.粗品在丙酮-水体系中重结晶3次以上至HPLC纯度大于95%,得3.2g 3-去克拉定糖阿奇霉素纯品,总得率40.6%.2.4 3′-N-去甲基阿奇霉素的合成及纯化5g阿奇霉素溶解在40mL甲醇和10mL水中,搅拌下加入3.8g NaOAc.加热到50℃,分批加入1.7g固体I2,紫外光照射.反应中用1N的NaOH保持体系pH在10~11,2.5h后停止,加入3g NaHSO3和40mL水,调节pH到10,析出白色固体.粗产品在氯仿中重结晶3次以上至HPLC纯度大于95%,得到2.1g 3′-N-去甲基阿奇霉素纯品,总得率42.8%.2.5 3′-N-去甲基-3′-N-对-乙酰胺基苯磺酰基阿奇霉素的合成及纯化搅拌下在40mL二氯甲烷中加入2.0g 3′-N-801北京理工大学学报第34卷去甲基阿奇霉和少量无水MgSO4,室温下加入对-乙酰胺基苯磺酰氯0.70g和0.3g NaHCO3,反应10h以上,至反应液变清亮,TLC显示反应已完成.反应液用饱和NaHCO3水溶液洗两次,水洗一次.分液后有机层用无水MgSO4干燥过夜,减压蒸干,粗品在丙酮-石油醚体系中重结晶3次以上至HPLC纯度大于95%,得到1.3g 3′-N-去甲基-3′-N-对-乙酰胺基苯磺酰基阿奇霉素纯品,总得率52.2%.2.6 阿奇霉素B的分离及纯化取20g自制阿奇霉素结晶母液残渣(阿奇霉素B质量分数4.96%),用半制备型高效液相色谱分离,接出32~36min组分,减压蒸干溶剂,得阿奇霉素B粗品.粗品用丙酮-水重结晶3次以上至HPLC纯度大于95%,得阿奇霉素B纯品425mg,总得率2.1%.流动相为乙腈:磷酸氢二钾水溶液=70∶30;色谱柱为SSD-MGⅡ半制备柱,20mmI.D.×250mm;样品浓度为40mg/mL;进样量为5mL;柱温为30℃;检测波长为210nm.如图5所示.图5 阿奇霉素母液残渣的半制备液相色谱分离图Fig.5 Chromatogram of azithromycin residual on semipreparativeHPLC 3 结果与讨论3.1 各杂质的来源分析及控制途径红霉素A 6,9-亚胺醚和红霉素A 9,11-亚胺醚是阿奇霉素合成过程中的工艺中间体.国内生产工艺多采用硼氢化物作为还原试剂,由于硼氢化物还原能力较弱,常存在还原不彻底的现象.红霉素A偕亚胺醚的控制方法是在还原反应中采用加入催化剂或延长反应时间等手段使亚胺醚彻底还原,或改用贵金属催化还原工艺.3′-N-去甲基阿奇霉素和阿奇霉素B均来源于起始原料红霉素.红霉素A在发酵过程中会产生红霉素B、红霉素C和红霉素氮氧化物等衍生物.在阿奇霉素的生产过程中这些杂质会经历相同的反应生成对应的阿奇霉素杂质,由于结构相近它们很难通过重结晶除去.这类杂质的控制方法是对起始原料进行质量控制,采用纯度高、杂质少的红霉素A作为原料.3-去克拉定糖阿奇霉素是生产工艺中的副反应产物.该杂质是强酸性环境下阿奇霉素的酸降解产物,其可能来源是硼氢化钠还原工艺中,需要调低pH来除去氮红霉素11,12位的硼酸酯,pH偏低C3位的克拉定糖容易脱落;最后一步甲基化反应中,甲酸的加入也会带来局部的强酸性环境.此外,阿奇霉素注射剂的生产过程中由于需要在偏酸性环境下使阿奇霉素成盐,也会产生3-去克拉定糖阿奇霉素.主要的控制方法是在可能产生强酸环境的几个反应点上严格控制体系的pH.3′-N-去甲基-3′-N-对-乙酰胺基苯磺酰基阿奇霉素只收录于欧洲药典中,未列入美国药典.从已有的检测结果来看,此杂质只存在于美国辉瑞公司生产的阿奇霉素中,国内产品目前还未检测到,推测此杂质来源于重排反应阶段.3.2 HPLC分析阿奇霉素杂质样品所制备的6个杂质按照质量分数1%~2%的比例(杂质H质量分数0.2%)与阿奇霉素纯品混合,检测条件参照2010版中国药典阿奇霉素的HPLC检测方法,仪器为岛津LC-10A高效液相色谱仪;流动相为乙腈∶磷酸氢二钾水溶液=55∶45;色谱柱为SSD-MGⅡ4.6mmI.D.×250mm;样品浓度为2.5mg/mL;进样量为20μL;柱温为30℃;检测波长为210nm,结果如图6所示.图6 阿奇霉素杂质混合样的HPLC分析图Fig.6 Chromatogram of azithromycin impurities mixed samples由图6可见,6种杂质在该条件下分离效果良好.实际生产中可以根据出峰时间来确定杂质的种901第1期刘聪等:阿奇霉素相关物的制备类,根据峰面积确定该杂质的含量,超过药典限量的杂质即采用对应的手段进行控制,由此达到提高阿奇霉素产品质量的目的.4 结束语制备了红霉素A 6,9-亚胺醚,红霉素A 9,11-亚胺醚,3-去克拉定糖阿奇霉素,3′-N-去甲基阿奇霉素,3′-N-去甲基-3′-N-对-乙酰胺基苯磺酰基阿奇霉素和阿奇霉素B的纯品,详细分析了各杂质的可能来源,提出了可行的控制方法.相关物纯品的制备为阿奇霉素相关物数据库的建立提供了基础,也为我国阿奇霉素的质量控制和用药安全性提供了重要依据.参考文献:[1]Van Bambeke F,Tulkens P M.Macrolides:pharmaco-kinetics and pharmacodynamics[J].International Jour-nal of Antimicrobial Agents,2001,18(1):17-23.[2]Treadway Glenda,Pontani Dennis,Reisman Arlene.The safety of azithromycin in the treatment of adultswith community-acquired respiratory tract infections[J].International Journal of Antimicrobial Agents,2002,19(3):189-194.[3]Zimmermann T,Yeates R A,Laufen H,et al.Influ-ence of the antibiotics erythromycin and azithromycin onthe pharmacokinetics and pharmacodynamics of midazo-lam[J].Arzneimittel-Forschung,1996,46(2):213-217.[4]Heggie William Dr,De Mouro Vaz Azevedo Mendes,Zita M.Preparation of 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